(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックプレートに形成する溝の側壁に設ける電極に駆動電圧を印加することにより当該溝内の容積を変化してその内部に充填したインクをノズル開口から吐出するヘッドチップにおいて、
前記圧電セラミックスプレートに接合して前記溝の上面を封止すると共に前記溝に連通するインク室を有するカバープレートを具備し、
複数の微少孔を有するフィルタを前記溝と前記インク室との間に具備するとともに、該フィルタを前記圧電セラミックスプレートと前記カバープレートとの接合面に具備することを特徴とするヘッドチップ。
【請求項２】
請求項１において、前記フィルタが弾性変形可能であることを特徴とするヘッドチップ。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記フィルタが非導電性のフィルムからなることを特徴とするヘッドチップ。
【請求項４】
請求項３において、前記非導電性フィルムが、樹脂フィルムであることを特徴とするヘッドチップ。
【請求項５】
請求項１又は２において、前記フィルタが網目の微小孔を有する不織布、織布又編物であることを特徴とするヘッドチップ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかのヘッドチップと、このヘッドチップを搭載すると共に前記ヘッドチップの駆動回路を搭載したベースプレートとを具備することを特徴とするヘッドチップユニット。
【請求項７】
請求項６のヘッドチップユニットと、インクを収容するインクカートリッジを着脱自在に保持するタンクホルダを設けることを特徴とするヘッドユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドチップ及びこれを用いたヘッドユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のノズルからインクを吐出する記録ヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、被記録媒体に対向する記録ヘッドはヘッドホルダに設けられ、ヘッドホルダはキャリッジに搭載されて被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査される。
【０００３】
このような記録ヘッドの一例の分解概略を図７に、また、要部断面を図８に示す。図７及び図８に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１０５が形成されている。
【０００４】
圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室１１１と、このインク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００５】
また、圧電セラミックプレート１０１とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００６】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されている。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線１２２が形成され、この配線１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００７】
このように構成される記録ヘッドでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【０００８】
例えば、図９に示すように、溝１０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出する場合には、その溝１０２ａ内の電極１０５ａ，１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂには溝１０２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂが溝１０２ａ方向に変形し、溝１０２ａ内の容積が減少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐出する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した記録ヘッドでは、圧電セラミックプレートの溝のそれぞれと、カバープレートのインク室とが直接連通しているため、クロストークを起こしやすく、インク吐出特性が不安定であるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、安定したインク吐出特性が得られるヘッドチップ及びこれを用いたヘッドユニットを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、圧電セラミックプレートに形成された溝の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当該溝内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記圧電セラミックスプレートに接合されて前記溝の上面を封止すると共に前記溝に連通するインク室を有するカバープレートを具備し、前記溝と前記インク室との間に複数の微少孔を有するフィルタを具備することを特徴とするヘッドチップにある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記フィルタが弾性変形可能であることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記フィルタが非導電性のフィルムからなることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記非導電性フィルムが、樹脂フィルムであることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１又は２の態様において、前記フィルタが網目の微小孔を有する不織布、織物又は編物であることを特徴とするヘッドチップにある。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様のヘッドチップと、このヘッドチップを搭載すると共に前記ヘッドチップの駆動回路を搭載したヘッドホルダとを具備することを特徴とするヘッドユニットにある。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記ヘッドホルダには、インクを収容したインクカートリッジが着脱自在に保持できることを特徴とするヘッドユニットにある。
【００１８】
かかる本発明では、フィルタによって各溝が実質的に分離されるため、各溝内のインクの動きが他の溝内のインクに伝搬するのを抑えることができ、クロストークを防止してインク吐出特性を良好に保持することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図である。図示するように、本実施形態のヘッドチップ１０を構成する圧電セラミックプレート１１には、複数の溝１２が並設され、各溝１２は、側壁１３で分離されている。各溝１２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１２内の両側壁１３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１５が形成されている。
【００２１】
また、このような圧電セラミックプレート１１の溝１２の開口側の表面には、カバープレート１７が接合されている。カバープレート１７には、各溝１２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室２１と、このインク室２１の底部から溝１２とは反対方向に貫通するインク供給口２２とを有する。
【００２２】
ここで、本実施形態では、各溝１２は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれており、インク室２１及びインク供給口２２は、それぞれ４つずつ設けられている。
【００２３】
なお、カバープレート１７は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１１との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００２４】
また、圧電セラミックプレート１１の溝１２とカバープレート１７のインク室２１との間には、複数の微小孔１８ａを有するフィルタ１８が複数の溝１２に亘って設けられている。このフィルタ１８は、弾性変形可能であることが好ましく、本実施形態では、厚さが２５μｍ程度の非導電性フィルム、例えば、樹脂フィルムで形成されている。
【００２５】
このように、溝１２とインク室２１との間にフィルタ１８を設けることにより、各溝１２が実質的に分離され、インクを吐出する際の各溝１２内のインクの動きが他の溝１２内のインクに伝搬されるのを抑えることができる。すなわち、クロストークを防止することができ、インク吐出特性が安定する。また、特に、本実施形態では、フィルタ１８が弾性変形可能であるため、各溝１２内のインクの動きがフィルタ１８の厚さ方向の変形によって吸収され、クロストークをより確実に防止することができる。また、フィルタ１８は、面方向にも変形可能であるため、インク吐出の際の各側壁１３の変形に影響を及ぼすことがない。
【００２６】
なお、このようなフィルタ１８の固定方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、インク室２１に対応する領域の圧電セラミックプレート１１上に、複数の溝１２に亘ってフィルタ１８を接着し、その後、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７とを接合することにより固定されている。勿論、フィルタ１８を各溝１２毎に設けるようにしてもよい。
【００２７】
また、本実施形態では、フィルタ１８を樹脂フィルムで形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、網目の微小孔を有する不織布、織物又は編物等であってもよい。何れにしても、フィルタ１８は、各溝１２を実質的に分離できるもので形成されればよい。
【００２８】
なお、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端面には、ノズルプレート２５が接合されており、ノズルプレート２５の各溝１２に対向する位置にはノズル開口２７が形成されている。
【００２９】
本実施形態では、ノズルプレート２５は、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端面の大きさより大きくなっている。また、このノズルプレート２５は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２７を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２５の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００３０】
また、本実施形態では、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２８が配置されている。このノズル支持プレート２８は、ノズルプレート２５の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２５を安定して保持するためのものである。勿論、このノズル支持プレート２８は設けなくてもよい。
【００３１】
このような構成のヘッドチップ１０は、まず、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７とを接合し、その接合体の端面にそれぞれ、封止板１９及びノズルプレート２５を接合する。次いで、ノズルプレート２５の外側面、及び圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体にノズル支持プレート２８を嵌合接着することにより形成される。
【００３２】
なお、このようなヘッドチップの駆動原理等は従来技術で述べたとおりであるので、ここでの説明は省略する。
【００３３】
また、このようなヘッドチップ１０を駆動するための配線等の設け方も特に限定されないが、以下に、その一例を示す。
【００３４】
図３及び図４には、上述したヘッドチップ１０をヘッドチップユニット３０とする製造工程の一例を示す。
【００３５】
図３に示すように、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体のノズル支持プレート２８の後端側には、圧電セラミックプレート１１側のアルミニウム製のベースプレート３３と、カバープレート１７側のヘッドカバー３４とが組み付けられる。ベースプレート３３とヘッドカバー３４とは、ベースプレート３３の係止孔３３ａにヘッドカバー３４の係止シャフト３４ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体を挟持する。ヘッドカバー３４には、カバープレート１７のインク供給口２２のそれぞれに連通するインク導入路３５が設けられている。
【００３６】
次に、図４（ａ）に示すように、圧電セラミックプレート１１の後端側に突出したベースプレート３３上にはヘッドチップを駆動するための集積回路等の駆動回路３７が搭載された配線基板３６が固着される。そして、駆動回路３７と各電極１５に接続されたリード電極とが図示しない異方性導電膜等を介して接続される。これにより、図４（ｂ）のヘッドチップユニット３０が完成する。
【００３７】
さらに、このようなヘッドチップユニット３０は、例えば、インクカートリッジを着脱自在に保持するタンクホルダに組み付けて用いられる。
【００３８】
このようなタンクホルダの一例を図５に示す。図５に示すタンクホルダ４１は、一方面が開口した略箱形形状をなし、図示しないインクカートリッジが着脱自在に保持可能なものである。また、底壁上面には、インクカートリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口と連結する連結部４２が設けられている。連結部４２は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられている。連通部４２内には図示しないインク流路が形成され、その開口となる連結部４２の先端には、フィルタ４３が設けられている。また、連結部４２内に形成されたインク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各インク流路は、タンクホルダ４１の裏面側に設けられた流路基板４５内の図示しないインク流路を介して流路基板４５の側壁に開口するヘッド連結口４６に連通する。このヘッド連結口４６はタンクホルダ４１の側面側に開口し、当該側壁の底部には、上述したヘッドチップユニット３０を保持するヘッドチップユニット保持部４７が設けられている。ヘッドチップユニット保持部４７は、配線基板３６上に設けられた駆動回路３７を包囲する略コ字状に立設された包囲壁４８と、包囲壁４８内にあってヘッドチップユニット３０のベースプレート３３及び配線基板３６に設けられた係止孔３０ａと係合する係合シャフト４９が立設されている。
【００３９】
従って、このヘッドチップユニット保持部４７にヘッドチップユニット３０を搭載してヘッドユニット４０が完成する。このとき、ヘッドカバー３４に形成されたインク導入路３５が流路基板４５のヘッド連結口４６に連結される。これにより、タンクホルダ４１の連結部４２を介してインクカートリッジから導入されたインクは、流路基板４５内のインク流路を通ってヘッドチップユニット３０のインク導入路３５に導入され、インク室２１及び溝１２内に充填される。
【００４０】
このようなヘッドユニット４０は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図６に示す。
【００４１】
図６に示すように、キャリッジ６１は、一対のガイドレール６２ａ及び６２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、ガイドレール６２の一端側に設けられてキャリッジ駆動モータ６３に連結されたプーリ６４ａと、他端側に設けられたプーリ６４ｂとに掛け渡されたタイミングベルト６５を介して搬送される。キャリッジ６１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール６２ａ及び６２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ６６及び６７が設けられている。これらの搬送ローラ６６及び６７は、キャリッジ６１の下方に当該キャリッジ６１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。
【００４２】
キャリッジ６１上には、上述したヘッドユニット４０が搭載され、このヘッドユニット４０には上述したインクカートリッジを着脱自在に取付可能である。
【００４３】
このようなインクジェット式記録装置によると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ６１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、ヘッドチップによって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録することができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、勿論このような構成に限定されるものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、圧電セラミックプレートの溝と、カバープレートのインク室との間に、複数の微小孔を有するフィルタを設けるようにしたので、各溝が実質的に分離されるためインクを吐出する際の各溝に発生するインクの動きが、他の溝内のインクに伝搬するのを防止できる。すなわち、クロストークを防止することができ、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの断面図及び平面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るヘッドチップを用いたユニットの組立を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るヘッドチップを用いたユニットの組立を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るヘッドチップを用いたユニットの組立を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るヘッドチップを用いたユニットの使用態様を示す斜視図である。
【図７】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す分解斜視図である。
【図８】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面図である。
【図９】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  圧電セラミックプレート
１２  溝
１３  側壁
１５  電極
１７  カバープレート
１８  フィルタ
１８ａ  微小孔
２５  ノズルプレート
２７  ノズル開口
３０  ヘッドチップユニット
４０  ヘッドユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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